cfpdБюллетень физиологии и патологии дыханияBulletin Physiology and Pathology of Respiration1998-5029Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания10.12737/article_5d09d1aff1f5f6.43795360cfpd-202Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHОсобенности цитокинового профиля индуцированной мокроты у больных бронхиальной астмой при холодовом воздействииPeculiarities of the cytokine profile of induced sputum in asthma patients under cold exposureНаумовД. Е.NaumovD. E.

Денис Евгеньевич Наумов - кандидат медицинских наук, заведующий лабораторией молекулярных и трансляционных исследований.

675000, Благовещенск, ул. Калинина, 22

Denis E. Naumov - MD, PhD, Head of the Laboratory of Molecular and Translational Research.

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

denn1985@bk.ruГассанД. А.GassanD. A.

675000, Благовещенск, ул. Калинина, 22

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

АфанасьеваЕ. Ю.Afanas’evaE. Yu.

675000, Благовещенск, ул. Калинина, 22

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

КотоваО. О.KotovaO. O.

675000, Благовещенск, ул. Калинина, 22

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

ШелудькоЕ. Г.SheludkoE. G.

675000, Благовещенск, ул. Калинина, 22

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

УшаковаЕ. В.UshakovaE. V.

675000, Благовещенск, ул. Калинина, 22

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыханияFar Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration201922112019072815Copyright © Наумов Д.Е., Гассан Д.А., Афанасьева Е.Ю., Котова О.О., Шелудько Е.Г., Ушакова Е.В., 20192019Наумов Д.Е., Гассан Д.А., Афанасьева Е.Ю., Котова О.О., Шелудько Е.Г., Ушакова Е.В.Naumov D.E., Gassan D.A., Afanas’eva E.Y., Kotova O.O., Sheludko E.G., Ushakova E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cfpd.elpub.ru/jour/article/view/202

Цитокины играют важную роль в организации хронического воспаления в дыхательных путях больных бронхиальной астмой (БА). Целью настоящего исследования было провести сравнительный анализ уровней цитокинов IL-1b, IL-5, IL-8, IL-10, IL-13, IL-18, TNFa в индуцированной мокроте больных БА и хроническим необструктивным бронхитом (ХНБ), уточнить их взаимосвязь с гиперреактивностью дыхательных путей и определить динамику в ответ на холодовое воздействие. В исследование было включено 46 больных БА легкой и средней тяжести и 18 больных ХНБ. Холодовая гиперреактивность дыхательных путей (ХГДП) выявлялась спирометрически, при снижении ОФВ1 на 10% и более после выполнения пробы с 3-минутной изокапнической гипервентиляцией холодным воздухом (ИГХВ). Мокроту собирали и обрабатывали стандартным способом дважды - до и после пробы с ИГХВ. Концентрации цитокинов определяли с помощью мультиплексного анализа на проточном цитометре BDFACSCantoII. Мы не обнаружили существенных различий в уровнях цитокинов между больными БА и ХНБ. Среди больных БА наличие ХГДП было ассоциировано с более высокой исходной концентрацией IL-10 (7,1 (4,7; 8,7) пг/мл против 5,1 (2,9; 7,9) пг/мл, p=0,06). Кроме этого, IL-10 негативно влиял на спирометрические показатели проходимости дыхательных путей (ОФВ1 R=-0,44, p=0,002) и реактивность на бронхо-литик (ΔОФВ1 R=0,52, p<0,001). В ответ на пробу с ИГХВ у больных БА отмечалось увеличение уровней всех цитокинов, в то же время при ХНБ их концентрации чаще снижались. Были найдены значимые различия в динамике концентраций IL-5 в ответ на ИГХВ между больными БА и ХНБ (31,2 (-21,7; 83,5)% против -29,9 (-50,5; 16,8)%, p=0,02).

Таким образом, холодовое воздействие действительно провоцирует воспалительный ответ в дыхательных путях большинства больных БА, однако его паттерн отличается гетерогенностью. Механизм влияния IL-10 на реактивность дыхательных путей требует дальнейшего изучения.

Cytokines play an important role in the organization of chronic inflammation in the airways of patients with asthma. The purpose of this study was to conduct a comparative analysis of IL-1b, IL-5, IL-8, IL-10, IL-13, IL-18 and TNFa cytokines levels in induced sputum of patients with asthma and chronic bronchitis (CB), to clarify their relationship with airway hyperresponsiveness and to determine their dynamics in response to cold exposure. The study enrolled 46 patients with mild to moderate asthma and 18 patients with CB. Cold airway hyperresponsiveness (CAH) was detected spiro-metrically by 10% or more decrease in FEV1 after the test with 3-minute isocapnic cold air hyperventilation (ICAH). Induced sputum was collected and processed by the standard method twice - before and after the test with ICAH. Cytokines concentrations were determined by multiplex analysis on BD FACSCanto II flow cytometer. We found no significant differences in the cytokines levels between patients with asthma and CB. Among patients with asthma, the presence of CAH was associated with a higher initial concentration of IL-10 (7.1 (4.7; 8.7) pg/ml vs. 5.1 (2.9; 7.9) pg/ml, p=0.06). In addition, IL-10 adversely affected the spirometric indices of the airway patency (FEV1 R=-0.44, p=0.002) and the airway response to bronchodilator (ΔFEV1 R=0.52, p<0.001). There was an increase in the levels of all cytokines in response to ICAH in patients with asthma, while in CB their concentrations rather decreased. Significant differences were found in the dynamics of IL-5 concentrations in response to ICAH between asthma and CB patients (31.2 (-21.7; 83.5)% vs. -29.9 (-50.5; 16.8)%, p=0.02). Thus, the cold exposure indeed provokes an inflammatory response in the airways of the majority of asthma patients, however its pattern is heterogeneous. The mechanism of the observed effect of IL-10 on the airway reactivity requires further investigation.

бронхиальная астмахронический необструктивный бронхитвоспалениецитокиныинтерлейкиныфункция внешнего дыханияхолодовая гиперреактивность дыхательных путейasthmachronic bronchitisinflammationcytokinesinterleukinslung functioncoldairway hyperresponsivenessИсследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-3460189 моладкReferencesПирогов А.Б., Приходько А.Г, Перельман Ю.М., Ушакова Е.В. Комплексная характеристика эозинофильного звена воспаления у больных бронхиальной астмой при холод-индуцированном бронхоспазме // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2019. Вып.71. С.8-15. doi: 10.12737/article_5c88b467dfc6f9.85091704Pirogov A.B, Prikhodko A.G., Perelman J.M., Ushakova E.V The complex characteristic of eosinophil level of inflammation in patients with asthma in the cold-induced bronchospasm. Bulleten' fiziologii i patologii dyha-nia 2019; 71:8-15 (in Russian). doi: 10.12737/article_5c88b467dfc6f9.85091704Щеглова М.Ю., Чжоу С.Д., Колосов В.П. Характеристика холодовой гиперреактивности дыхательных путей с клинико-иммунологических позиций // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2011. Вып.42. С. 13-17.Shcheglova M.Yu., Zhou X.D., Kolosov VP. Characteristic of cold airway hyperresponsiveness from clinical and immunological positions. Bulleten'fiziologii ipatologii dyhania 2011; 42:13-17 (in Russian).Bonfield T.L., Konstan M.W., Burfeind P., Panuska J.R., Hilliard J.B., Berger M. Normal bronchial epithelial cells constitutively produce the anti-inflammatory cytokine interleukin-10, which is downregulated in cystic fibrosis // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 1995. Vol.13, №3. P.257261.Bonfield T.L., Konstan M.W., Burfeind P., Panuska J.R., Hilliard J.B., Berger M. Normal bronchial epithelial cells constitutively produce the anti-inflammatory cytokine interleukin-10, which is downregulated in cystic fibrosis. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 1995; 13(3):257-261.Coomes S.M., Kannan Y, Pelly VS., Entwistle L.J., Guidi R., Perez-Lloret J., Nikolov N., Muller W., Wilson M.S. CD4+ Th2 cells are directly regulated by IL-10 during allergic airway inflammation // Mucosal Immunol. 2017. Vol.10, №1. P. 150—161. doi: 10.1038/mi.2016.47Coomes S.M., Kannan Y, Pelly VS., Entwistle L.J., Guidi R., Perez-Lloret J., Nikolov N., Muller W., Wilson M.S. CD4+ Th2 cells are directly regulated by IL-10 during allergic airway inflammation. Mucosal Immunol. 2017; 10(1): 150-161. doi: 10.1038/mi.2016.47Fiorentino D.F., Zlotnik A., Vieira P., Mosmann T.R., Howard M., Moore K.W., O'Garra A. IL-10 acts on the antigen-presenting cell to inhibit cytokine production by Th1 cells // J. Immunol. 1991. Vol.146, №10. P.3444-3451.Fiorentino D.F., Zlotnik A., Vieira P., Mosmann T.R., Howard M., Moore K.W., O'Garra A. IL-10 acts on the antigen-presenting cell to inhibit cytokine production by Th1 cells. J. Immunol. 1991; 146(10):3444-3451.Gupta A., Dimeloe S., Richards D.F., Chambers E.S., Black C., Urry Z., Ryanna K., Xystrakis E., Bush A., Sa-glani S., Hawrylowicz C.M. Defective IL-10 expression and in vitro steroid-induced IL-17A in paediatric severe therapy-resistant asthma // Thorax. 2014. Vol.69, №6. P.508-515. doi: 10.1136/thoraxjnI-2013-203421Gupta A., Dimeloe S., Richards D.F., Chambers E.S., Black C., Urry Z., Ryanna K., Xystrakis E., Bush A., Sa-glani S., Hawrylowicz C.M. Defective IL-10 expression and in vitro steroid-induced IL-17A in paediatric severe therapy-resistant asthma. Thorax 2014; 69(6):508-515. doi: 10.1136/thoraxjnl-2013-203421Iyer S.S., Cheng G. Role of interleukin 10 transcriptional regulation in inflammation and autoimmune disease // Crit. Rev. Immunol. 2012. Vol.32, №1. P.23-63.Iyer S.S., Cheng G. Role of interleukin 10 transcriptional regulation in inflammation and autoimmune disease. Crit. Rev. Immunol. 2012; 32(1):23-63.Kita H. Eosinophils: multifaceted biological properties and roles in health and disease // Immunol. Rev. 2011. Vol.242, №1. P.161-177. doi: 10.1111/j.1600-065X.2011.01026.xKita H. Eosinophils: multifaceted biological properties and roles in health and disease. Immunol. Rev. 2011; 242(1):161-177. doi: 10.1111/j.1600-065X.2011.01026.xLappalainen U., Whitsett J.A., Wert S.E., Tichelaar J.W., Bry K. Interleukin-1beta causes pulmonary inflammation, emphysema, and airway remodeling in the adult murine lung // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2005. Vol.32, №4. P.311-318.Lappalainen U., Whitsett J.A., Wert S.E., Tichelaar J.W., Bry K. Interleukin-1beta causes pulmonary inflammation, emphysema, and airway remodeling in the adult murine lung. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2005; 32(4):311-318.Makela M.J., Kanehiro A., Borish L., Dakhama A., Loader J., Joetham A., Xing Z., Jordana M., Larsen G.L., Gelfand E.W. IL-10 is necessary for the expression of airway hyperresponsiveness but not pulmonary inflammation after allergic sensitization // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. Vol.97, №11. P.6007-6012.Makela M.J., Kanehiro A., Borish L., Dakhama A., Loader J., Joetham A., Xing Z., Jordana M., Larsen G.L., Gelfand E.W. IL-10 is necessary for the expression of airway hyperresponsiveness but not pulmonary inflammation after allergic sensitization. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2000; 97(11):6007-6012.Moreira A., Delgado L., Palmares C., Lopes C., Jacinto T., Rytila P., Silva J.A., Castel-Branco M.G., Haahtela T. Competitive swimmers with allergic asthma show a mixed type of airway inflammation // Eur. Respir. J. 2008. Vol.31, №5. P.1139-1141. doi: 10.1183/09031936.00175207Moreira A., Delgado L., Palmares C., Lopes C., Jacinto T., Rytila P., Silva J.A., Castel-Branco M.G., Haahtela T. Competitive swimmers with allergic asthma show a mixed type of airway inflammation. Eur. Respir. J. 2008; 31(5): 1139-1141. doi: 10.1183/09031936.00175207Nambu A., Nakae S. IL-1 and Allergy // Allergol. Int. 2010. Vol.59, №2. P.125-135. doi: 10.2332/allergolint.10-RAI-0190Nambu A., Nakae S. IL-1 and Allergy. Allergol. Int. 2010; 59(2):125-135. doi: 10.2332/allergolint.10-RAI-0190Raeiszadeh Jahromi S., Mahesh P.A., Jayaraj B.S., Madhunapantula S.R., Holla A.D., Vishweswaraiah S., Ra-machandra N.B. Serum levels of IL-10, IL-17F and IL-33 in patients with asthma: a case-control study // J. Asthma. 2014. Vol.51, №10. P.1004-1013. doi: 10.3109/02770903.2014.938353Raeiszadeh Jahromi S., Mahesh P.A., Jayaraj B.S., Madhunapantula S.R., Holla A.D., Vishweswaraiah S., Ra-machandra N.B. Serum levels of IL-10, IL-17F and IL-33 in patients with asthma: a case-control study. J. Asthma 2014; 51(10): 1004—1013. doi: 10.3109/02770903.2014.938353Sabnis A.S., Reilly C.A., Veranth J.M., Yost G.S. Increased transcription of cytokine genes in human lung epithelial cells through activation of a TRPM8 variant by cold temperatures // Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2008. Vol.295, №1. P.L194-200. doi: 10.1152/ajplung.00072.2008Sabnis A.S., Reilly C.A., Veranth J.M., Yost G.S. Increased transcription of cytokine genes in human lung epithelial cells through activation of a TRPM8 variant by cold temperatures. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2008; 295(1):L194-200. doi: 10.1152/ajplung.00072.2008Wenzel S.E. Asthma phenotypes: the evolution from clinical to molecular approaches // Nat. Med. 2012. Vol.18, №5. P.716-725. doi: 10.1038/nm.2678Wenzel S.E. Asthma phenotypes: the evolution from clinical to molecular approaches. Nat. Med. 2012; 18(5):716-725. doi: 10.1038/nm.2678Wong C.K., Ho C.Y., Ko F. W., Chan C.H., Ho A.S., Hui D.S., Lam C.W. Proinflammatory cytokines (IL-17, IL-6, IL-18 and IL-12) and Th cytokines (IFN-gamma, IL-4, IL-10 and IL-13) in patients with allergic asthma // Clin. Exp. Immunol. 2001. Vol.125, №2. P.177-183.Wong C.K., Ho C.Y., Ko F. W., Chan C.H., Ho A.S., Hui D.S., Lam C.W. Proinflammatory cytokines (IL-17, IL-6, IL-18 and IL-12) and Th cytokines (IFN-gamma, IL-4, IL-10 and IL-13) in patients with allergic asthma. Clin. Exp. Immunol. 2001; 125(2):177-183.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.